1、基于单片机的暖气表设计摘要：针对我国大部分地区仍在使用按面积收取采暖费这一不合理现象，本课题基于单片机技术、计算机技术、网络传输技术设计了暖气表，该系统由户机、采集器、PC机三部分构成，户机主要测量每户进、出水的温度和水的流量；采集器收集户机所得到的数据；PC机将采集器得到的数据进行计算，得出每户所消耗的热量。按每户所消耗的热量计算采暖费，有利于提高居民节约能源的意识，同时也能显现收费的公平性。关键词：单片机、数据采集、暖气表Based on single chip microcomputer heating table designAbstract：In most areas in Chin
2、a are still in use according to the area of heating charge for this unreasonable phenomenon, this topic is based on single chip computer technology, computer technology, network transmission technology to design the heating table, the system consists of door machine, collector, PC machine three part
3、s, main measure every door machine into, water temperature and water flow;The data collector to collect door machine;The PC will get the data collector is calculated, it is concluded that the heat consumption by the household.The calories consumed by household heating fee, to improve the consciousne
4、ss of the residents to save energy, but also can show the charge fairness.Key words：SCM、data acquisition,、heating table31绪论31.1课题研究意义31.2国内外发展现状31.2.1欧美国家采用计量热量的方法31.2.2我国现行计量热量方式41.3课题的研究内容42户机设计42.1流量传感器52.1.1采用霍尔式传感器3120测量水的流量52.1.2家用水表的改装62.1.3流量的计算方式62.1.4霍尔式传感器与单片机STC12C5A60S2连接的电路62.2温度传感器72.
5、2.1采用温度传感器AD590测量温度72.2.2用温度传感器AD590测量72.3户机其它部分的设计82.3.1户机的硬件设计82.3.2户机的通讯设计92.3.3户机的供电设计103采集器设计11123.1采集器的构成123.1.1采集器的特点及原理框图133.1.2采集器与户机之间的供电与通讯设计134远程抄表154.1远程抄表系统设计154.1.1 PC机与采集器之间的通讯设计154.1.2 PC机与采集器之间的通讯协议164.1.3远程抄表的软件设计16参考文献21总结211绪论1.1课题研究意义进入二十一世纪，国家先后推出各类“节能减排”，“可持续发展”，“5大发展理念”1等理念。
6、已经有几十年历史的供暖系统已经不符合当今时代发展观念，其中的矛盾早已凸显，居民感到按“平米数”收费是及其不合理的，每户因为各种因素得到的供暖热量是不同的；政府也感到及其的不合理，是因为这套供暖系统不符合当今的发展理念，与“节能减排”背道而驰。每年进入供暖期时，尤其是我国北方地区会出现不同程度的雾霾天气，以京津冀地区尤为严重，每年这个时候都会让政府感到“头疼”，群众感到“窒息”。国家开始规定“禁煤区”，一些地方严禁自家烧煤取暖改为集体供暖。这种方式在一定程度上缓解“雾霾天”，雾霾天数得到有效的下降。集体供暖在一定程度上改善环境，但是也给供暖公司增加了巨大的工作量，需上门统计每户所消耗的热量，工作
7、繁重且巨大。因此，设计一套具有可以在用户端统计到所消耗热量，并可以回传到终端供暖公司的系统已经迫在眉睫。1.2国内外发展现状集中供暖计量收费最早出现在欧洲，大概是19世纪70年代，这些国家就已经有了让室温恒定的意识以达到人体舒适的感觉。同时，在这个年代经历了石油危机，让人们进一步了解到资源的重要性，人们的节约能源意识也渐渐的系统起来。所以针对每户根据用量来收费的取暖方式也逐渐被人们认可。与国外相比，国内的一些基础设施还相对落后，计费的合理性、供暖效率等方面还有待完善。我国幅员辽阔，南北纬度跨度大，因此各个地方的温度也有很大差异，这更加给我国集中供暖的计费方式增加了难度。故这种每户根据自己用量来
8、缴纳费用的方式得到民众和政府的大力支持。1.2.1欧美国家采用计量热量的方法目前西方国家计算热量一律采用K系数补偿的方式，测量热量原件采用TP100和TP500，引出的电缆导线电阻在1时可能带来1%左右的误差，所以对电缆长度有严格要求。一般采用间接测量热量的方式，其计算热量的方法基本有以下三种:2（1）直接从用户端测取用户所用数据。优点；准确；缺点：费时费力，投入较大。目前在法国、瑞典使用较多。（2）测定用户散热设备的散热势。优点：准备；缺点：需要散热设备的特性系数，测量的复杂性较高。常用的热量分配仪表有蒸发式和电子式两种。蒸发式仪表价格低廉，但准确性较低；电子式仪表计量准确、读数方便。（3）
9、测定用户的热负荷。对室内、室外的温度差进行累积求和，再求得室内体积常数，两数之积为热负荷。西方国家将这些方法进行整合，计量热量的方式更加可靠，并且向着智能化、小型化发展，东欧各国正在逐步推广。1.2.2我国现行计量热量方式（1）按面积计量。计算每一户的使用面积，将面积作为计量热量的一种方式，主要应用在城市采暖用户。（2）按流量计量。测量用户进水表的流量，将流量作为计量热量的一种方式，主要应用于使用工业蒸汽的用户。（3）按热量收费。主要应用在热电厂和供热公司之间。我国某些地区确实还存在着如按面积、流量等不合理的计量方式，应慢慢淘汰这些计量方式，采用计量热量更为合理。1.3课题的研究内容本课题所研
10、究暖气表主要由户机、采集器、PC机三部分构成。户机主要由温度传感器、流量传感器和单片机STC12C5A60S2组成，单片机接收供、回水管上温度传感器和流量传感器发出脉冲信号。采集器由单片机AT89C51组成，主要工作是收集户机所得的数据。PC机将全部数据做计算处理，供缴费使用。由户机的温度传感器和流量传感器输出的微弱电信号，经各自信号放大电器对信号进行预处理，使其转换为0-5V范围内变化的直流信号，加到VF转换电路变换为数字信号，使采集器可以对其进行数据采集传输到PC机，PC机再进行数据处理。2户机设计户机由温度传感器和流量传感器两部分构成，作为整个暖气表系统采集温度、流量数据的部分，需要精确
11、的测量供水管和回水管的温度以及水的流量，以供终端可以计算每户居民所使用的热量。户机整体框图图2-1户机整体框图流量传感器温度传感器STC12C5A60S2P3.5P3.2LM331变换2.1流量传感器流量传感器使以水表改装而成，添加霍尔式传感器31202计算指针所转圈数，以此计算水流量。2.1.1采用霍尔式传感器3120测量水的流量霍尔式传感器采用的工作原理为霍尔效应，霍尔效应为在一个立体的半导体薄块正对面通过一个垂直于该侧面的控制电流I，在该薄块正上方添加一个垂直于该面的磁场B，则会在另一个侧面产生一个与控制电流与磁场乘积成正比的电动势UH，这就叫做霍尔效应，即：UH=KHIBBIB图2-2
12、霍尔元件UHKH为霍尔元件的灵敏度。如图2-2也是我们接下来测量水流量的关键。测量水的流量，本课题借助了家用的水表的原理，通过当水从管中流过使管中的叶轮旋转，从而在表外观察到水的流量，在这一基础上添加霍尔式传感器从而成为智能水表。2.1.2家用水表的改装将水表的指针换成有强磁性的指针，在表的正上方偏边缘的位置固定好霍尔元件，当指针转过一次，霍尔元件3120就会产生一个+5V的电动势。由于指针有两个，所以当输出两个+5V的电动势时水表转的圈数为1，也就是说霍尔元件3120所输出的电动势为0V或+5V，这样的脉冲信号可以直接输入到STC12C5A60S23单片机的-INT0（P3.2）口，既不用放
13、大也不用VF转换，只需要在STC12C5A60S2单片机中计数即可。注意为了减少热量散失，更好的保护元器件将霍尔式传感器安装在冷水端。2.1.3流量的计算方式先计算出一吨水所转的圈数为N，即每转一圈为1/N吨水。由单片机计数得到M，因为计数两次为一圈，故所转圈数为M/2。得：用水量W=1/NM/2。2.1.4霍尔式传感器与单片机STC12C5A60S2连接的电路P3.5STC12C5A60S2开关霍尔式元件3120GND5V图2-3霍尔式传感器与单片机STC12C5A60S2连接电路图霍尔式传感器与单片机STC12C5A60S2连接的电路图2-3。+5VGNDRP3.2STC12C5A60S2
14、霍尔式传感器图2-22.2温度传感器温度传感器需测量供水管和回水管的温度，主要运用温度传感器AD5904测量供水及回水管的温度差。2.2.1采用温度传感器AD590测量温度温度传感器AD590为单片两端端集成的温度传感器，既可以串联工作也可以并联工作，属于输出电流型的温度传感器。它有以下优点：1、所需电压为+4V至+20V，和上述的霍尔式传感器所需要的电压相符合，节省电压源。2、精度强，在-55+155范围内，它的误差范围在1。3、配套设施良好好，在温度为298.2K（25）时，传感器输出电流一般保持在为298.2A，并且电流随温度变化而变化，以1A/1K增加或减少其电流值，接受电信号的器件和
15、电路都可以互换。4、对电阻、电压产生的磁场抗干扰能力强，适宜长距离测量。因为温度传感器AD590为输出电流型，必须将电流转换成数字信号单片机才可以接收。由于V/F转换器对于VF转换器有体积小、价格低、接线简单等优点，故选择V/F转换器为转换信号的元件。由于在户机端不加另外电源，故电压较低，选择V/F转换器中的芯片必须能在低电压环境中工作，从经济方面、实际环境方面选择LM331型转换器最为适宜，转换器将所测温差T转换成方波脉冲送至单片机。2.2.2用温度传感器AD590测量Tr2Tr1图2-4温度传感器AD590的测量电路图 温度传感器AD590的测量如电路图2-4。Tr1、Tr2为两个温度传感器分别接在供水管（暖水端）和回水段（冷水端），并且为顺向连接，所以两个温度传感器之间的温度差即为电流差Ir。一般在供水和回水的温度差不会超过10，所以电流差Ir也不会太大基本在010A,经过LM324 I/V变换，